(57)【要約】      （修正有）【課題】使用者が精確且つ便利に軌跡を計測することができ、運動効果やリハビリ効果を確保する運動装置を提供する。【解決手段】固定状態で使用者の運動に追随せずに作動するメインフレーム１１と、メインフレーム１１に設置され且つモーションセンサ４０を有し且つ使用者の運動に追随して作動する操作機構２０と、電子制御装置５０を備え、モーションセンサ４０を利用して運動軌跡を検出する運動装置であり、モーションセンサ４０に内設される多軸トラッキングセンサモジュール及び第一マイクロプロセッサが操作機構２０の移動高度を検出し、且つ移動高度の信号を電子制御装置５０に伝送し、電子制御装置５０に内設される第二マイクロプロセッサが移動高度の信号について比較演算処理を行って使用者の運動軌跡（移動距離）が所定の位置に到達したかどうかを知ることができる。【選択図】図３Ａ
0003227627.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
固定状態で使用者の運動に追随せずに作動するメインフレームと、前記メインフレームに設置され且つモーションセンサを有し且つ使用者の運動に追随して作動する操作機構と、電子制御装置とを備え、前記モーションセンサを利用して運動軌跡を検出するエクササイズ装置であって、
前記モーションセンサに内設される多軸トラッキングセンサモジュール及び第一マイクロプロセッサが前記操作機構の移動高度を検出し、且つ前記移動高度の信号を前記電子制御装置に伝送し、前記電子制御装置に内設される第二マイクロプロセッサが前記移動高度の信号について比較演算処理を行って使用者の運動軌跡を知ることを特徴とする運動装置。
【請求項２】
前記メインフレームに設置されると共に前記操作機構に連結して使用者に運動負荷を提供する抵抗機構を更に備え、
前記抵抗機構はブレーキレバーを有し、
前記ブレーキレバーの上端は前記操作機構の末端に回動自在に連結されて移動可能な第一枢着点を形成し、
前記ブレーキレバーの底端は油圧シリンダの伸縮ロッドに連結し、前記油圧シリンダの底縁は前記メインフレームに回動自在に連結されて移動不能な第一枢着端を形成することを特徴とする請求項１に記載の運動装置。
【請求項３】
前記操作機構は、
第一端及び第二端を有し、前記第一端と前記第二端の中間部は前記メインフレームに回動自在に連結されて移動不能な第二枢着端を形成する湾曲棒と、
第一連結棒及び第二連結棒で構成され、前記第一連結棒の末端と前記湾曲棒の前記第二端とは回動自在に連結されて移動可能な第二枢着点を形成し、且つ前記第一連結棒と前記第二連結棒とは互いに回動自在に連結されて移動可能な第三枢着点を形成し、前記第二連結棒の上端は前記メインフレームに回動自在に連結されて移動不能な第三枢着端を形成する連結棒セットと、
使用者の身体または肢体により制御されて作動する自由端と、前記連結棒セットと連動するために前記連結棒セットに結合される他端とを有する駆動ロッドと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の運動装置。
【請求項４】
前記モーションセンサは、前記モーションセンサに内設されると共に前記第一マイクロプロセッサに電気的に接続し且つアンテナに結合するワイヤレスモジュールと、前記モーションセンサの内部素子に必要な電源をするための電源供給ユニットとを更に有し、
前記ワイヤレスモジュールは前記湾曲棒の移動軌跡の信号を発信するために用いられることを特徴とする請求項３に記載の運動装置。
【請求項５】
前記電子制御装置は、必要な電力を供給するための電源制御ユニットと、前記ワイヤレスモジュールの前記アンテナから発信された前記移動軌跡の信号を受信するためのワイヤレス受信ユニットと、前記第二マイクロプロセッサに接続する表示ユニットとを更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の運動装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、運動装置に関し、更に詳しくは、モーションセンサを利用して運動軌跡を検出する運動装置（An exercise machine using a motion sensor to track exercise）に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会と経済の発展に伴い、人々が仕事と社交のために多くの時間を費やすようになっており、運動を行う機会が減少の一途をたどっている。このため、身体の健康を維持し、美しいボディラインを保つために多くの社会人が運動設備を利用して運動を行うようになっている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の多くの運動装置やリハビリ装置は、使用者の必要に応じて押す距離や引く距離のように１つの運動軌跡（移動距離）を設定するようになっている。
しかしながら、従来の運動装置やリハビリ装置には、所定の軌跡の位置に達したかどうかを精確且つ便利に検出する装置がなかった。このため、使用者の運動やリハビリ効果を保つことが難しかった。
【０００４】
図１は従来の筋力トレーニングマシンを示す概略図である。この運動装置はジムで腕及び胸の筋肉を鍛えるために広く用いられている。この従来の筋力トレーニングマシンＭは、ウェイトＳ、ばね、或いはゴム等を運動負荷として使用する機構を有する。しかしながら、このような従来の重量負荷方式には、下記の欠点が存在する。
一、使用者の運動負荷を調整する場合、ウェイトＳ等の負荷の個数及び重量を増減せねばならない。これに時間と労力がかかるばかりか、持続的に運動することもできないため、使用者が期待するようなトレーニング効果が得られない。
二、前記ウェイトＳ等の負荷は、重いうえに負荷の大きさを調整することが難しく、トレーニングの目標とする負荷に精確に調整することができないため、運動効果が大きく減じられる。
三、ウェイトＳ等の負荷が、伝動されてワイヤＹに引き上げられた後に落下すると、極めて大きな騒音を発して他人に迷惑となるばかりか、運動を行っている本人にとっても耳障りである。
【０００５】
現在、当業者らは、筋力トレーニング用運動装置、ローイングエルゴメータ、或いは他の運動装置に油圧シリンダまたは空気圧シリンダを運動ダンパとして設置することで、上述のようにウェイトＳ、ばね、或いはゴム等を運動負荷とする場合の運動装置の問題点を解決している。しかし、油圧シリンダや空気圧シリンダを運動ダンパとしたとしても、使用者の運動負荷が検出しにくいという欠点がある。
【０００６】
一方、科学技術の急速な進歩及び経済的な発展に伴い、モーションセンサ（Motion Sensor）技術も進化している。初代のWii（登録商標）やiPhone（登録商標）2G/3Gでは３軸重力センサ（3-axis G Sensor）が使用されていたが、２代目ではエアマウス（Air Mouse）に応用されているような６軸重力／ジャイロセンサ技術（G Sensor + Gyro）が使用されていることからもわかるように、センサフュージョン技術が発展している。このため、本考案者が先にこれらのモーションセンサ技術を特定の体感運動装置に応用した製品を発表したところ、大きな反響を呼んでいる。
【０００７】
そこで、本考案者は上記の従来の運動装置の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本考案の運動装置の提案に至った。
【０００８】
本考案は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、本考案の目的は、モーションセンサを利用して運動軌跡を検出する運動装置を提供することにある。本考案では、モーションセンサの体積が小さいため、空間を占有せずに済むほか、角度を変化させることで、使用者の運動の軌跡が所定の位置に達したかどうかを検出し、運動やリハビリの効果を確保することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本考案の運動装置は、固定状態で使用者の運動に追随せずに作動するメインフレームと、前記メインフレームに設置され且つモーションセンサを有し且つ使用者の運動に追随して作動する操作機構と、電子制御装置とを備え、前記モーションセンサを利用して運動軌跡を検出する。前記モーションセンサに内設される多軸トラッキングセンサモジュール及び第一マイクロプロセッサが前記操作機構の移動高度を検出し、前記移動高度の信号を前記電子制御装置に伝送し、前記電子制御装置に内設される第二マイクロプロセッサが前記移動高度の信号について比較演算処理を行って使用者の運動軌跡を知ることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１０】
本考案によれば、次のような効果がある。
本考案は、モーションセンサが運動時に生成する加速度信号を使用して、前記３軸ジャイロセンサが３軸の回転状態、即ち運動時に生成される角速度信号を検出する。また、地磁気の方向を感知することで前記操作機構の持ち上げ高さ（移動高度）を検出し、前記操作機構の運動中の移動高度（Ｈ）を検出するための絶対座標の方位角を提供し、さらに使用者の運動軌跡を検出する。本考案のモーションセンサは体積が小さく、空間を占有せず、且つ使用が便利であり、軌跡を精確に計測する効果を向上させる。
【００１１】
本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の筋力トレーニングマシンの概略を示す斜視図である。
【図２】本考案の実施形態の構成の概略を示す側面図である。
【図３Ａ】本考案の実施形態による運動軌跡検知の概略を示す部分側面図（一）である。
【図３Ｂ】本考案の実施形態による運動軌跡検知の概略を示す部分側面図（二）である。
【図３Ｃ】本考案の実施形態による運動軌跡検知の概略を示す部分側面図（三）である。
【図４】本考案のモーションセンサの適用原理の概略を示す斜視図である。
【図５】本考案の実施形態の構成を示すブロック図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本考案に係る運動装置について具体的に説明する。なお、本考案は以下の例に限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００１４】
（実施例）
本考案の運動装置１０の実施例は、
固定状態で使用者の運動に追随せずに作動するメインフレーム１１と、前記メインフレーム１１に設置され、且つ使用者の運動に追随して作動する操作機構２０と、前記メインフレーム１１に設置すると共に前記操作機構２０に連結し、使用者に必要な運動負荷を提供する抵抗機構３０と、を備えている（図２〜図５参照）。しかしながら、前記抵抗機構３０は本考案の一実施例にすぎず、これに限定するものではない。
【００１５】
本考案の主な特徴について以下に述べる。
前記操作機構２０にはモーションセンサ（Motion Sensor）４０が設置され、前記モーションセンサ４０に内設される多軸トラッキングセンサモジュール４１及び第一マイクロプロセッサ４２が前記操作機構２０の移動高度を検出し、且つ移動高度の信号を電子制御装置５０に伝送する。その後、前記電子制御装置５０に内設される第二マイクロプロセッサ５３が前記移動高度の信号について比較演算処理を行って使用者の運動軌跡を知る。
【００１６】
本実施例では、前記抵抗機構３０はブレーキレバー３１を備えている。
前記ブレーキレバー３１の上端は前記操作機構２０の末端に回動可能に連結されて移動可能な第一枢着点（Ａ）を形成する。
前記ブレーキレバー３１の底端は油圧シリンダ３２の伸縮ロッド３２１に連結し、且つ前記油圧シリンダ３２の底縁は前記メインフレーム１１に回動可能に連結されて移動不能な第一枢着端（Ｉ）を形成する。
【００１７】
本実施例では、前記操作機構２０は、
第一端２１１及び第二端２１２を有し、第一端２１１及び第二端２１２の中間部は前記メインフレーム１１に回動可能に連結されて移動不能な第二枢着端（ＩＩ）を形成する湾曲棒２１と、
第一連結棒２２及び第二連結棒２３で構成され、前記第一連結棒２２の末端は前記湾曲棒２１の第二端２１２に回動可能に連結されて移動可能な第二枢着点（Ｂ）を形成し、且つ前記第一連結棒２２と前記第二連結棒２３とは互いに回動自在に連結されて移動可能な第三枢着点（Ｃ）を形成し、前記第二連結棒２３の上端は前記メインフレーム１１に回動自在に連結されて移動不能な第三枢着端（ＩＩＩ）を形成する連結棒セットと、
使用者の身体または肢体により制御されて作動する自由端２４１と、前記連結棒セットとを連動するために前記連結棒セット２２、２３に結合される駆動ロッド２４と、を備えている。
【００１８】
また、図３Ａ及び図３Ｂは本考案の実施形態に係る運動負荷検知の概略を示す側面図であり、図３Ｃはその位置変化の概略を示す部分側面図である。
図３Ａは、前記駆動ロッド２４の自由端２４１にまだ作用力がなく、この際、連結棒セット２２、２３がまだ前方に移動せず、前記湾曲棒２１がＸ１の位置に位置する状態を示す。前記駆動ロッド２４の自由端２４１が使用者の作用力（図３ＢのＦ）を受けると、連結棒セット２２、２３が前方に移動し、距離（Ｌ）だけ移動すると、前記湾曲棒２１が、図３Ｂに示すように、下降してＸ２の位置に位置する。なお、図３Ｃに示されるように、前記湾曲棒２１はＸ１の位置からＸ２の位置に移動する。よって、その移動高度を（Ｈ）とすると、距離（Ｌ）を移動する作用力は移動高度（Ｈ）と正比例する。前記モーションセンサ４０が前記湾曲棒２１に位置するため、前記湾曲棒２１の移動高度（Ｈ）が検出可能であり、検出された前記移動高度（Ｈ）から使用者の運動軌跡（Ｌ）を算出する。前記モーションセンサ４０を運動装置に好適に結合することで、便利に使用でき且つ軌跡を精確に計測する効果を達成する。
【００１９】
また、図４及び図５は本考案の実施形態に係るモーションセンサ４０の適用原理の概略を示す斜視図及び当該適用原理の構成を示すブロック図である。
前記モーションセンサ４０内部には、少なくとも多軸トラッキングセンサモジュール４１及び第一マイクロプロセッサ４２が設置される。
多軸トラッキングセンサモジュール４１は、３軸加速度計４１１と、加速度値（ａ）及び角速度値（ω）をそれぞれ検出する３軸ジャイロセンサ４１２と、を備え、或いは地磁気センサ４１３を更に増設され得るが、但しこれらに限られない。本実施例では、前記多軸トラッキングセンサモジュール４１は前記３軸加速度計４１１により３軸の運動状態、即ち運動時に発生する加速度信号（ａＸ、ａＹ、ａＺ）を検出し、前記３軸ジャイロセンサ４１２により３軸の回転状態、即ち運動時に発生する角速度信号（ωＸ、ωＹ、ωＺ）を検出する。前記地磁気センサ４１３は地磁気の方向を感知して前記湾曲棒２４の高度を検出することで前記湾曲棒２４の絶対座標の方位角を提供し、前記操作機構２０の運動中の移動高度（Ｈ）を検出する。
【００２０】
本実施例では、前記第一マイクロプロセッサ４２は前記多軸トラッキングセンサモジュール４１に電気的に接続し、前記多軸トラッキングセンサモジュール４１が検出した加速度値または角速度値を一定の時間間隔で読み取り、且つ運算処理を行った後、伝送可能な移動高度信号を生成する。即ち、前記マイクロプロセッサ４２は前記多軸トラッキングセンサモジュール４１が検出し読み取った加速度値（ａ）を１階積分することで前記時刻の速度値を獲得し、または２階積分することで前記時刻の移動値を獲得する。また、前記３軸ジャイロセンサ４１２が読み取った角速度値（ω）を微分及び積分することで、前記湾曲棒２４の角加速度値及び回転角度をそれぞれ算出する。
【００２１】
本実施例では、前記モーションセンサ４０は、前記モーションセンサ４０に内設されると共に前記第一マイクロプロセッサ４２に電気的に接続し、且つアンテナ４４に結合するワイヤレスモジュール４３を更に備えている。前記ワイヤレスモジュール４３は前記湾曲棒２４の移動軌跡信号を発信するために用いられる。但し、ワイヤレスモジュール４３は、ブルートゥース（登録商標）等を使用するワイヤレス伝送に限らず、伝送コードに接続するものでもよい。
また、前記モーションセンサ４０は前記モーションセンサ４０の内部素子に必要な電源を供給するための電源供給ユニット４５を更に備えている。本実施例では、前記電源供給ユニット４５は電池、充電回路、または外部電源に接続するためのプラグやソケットでもよい。
【００２２】
また、本実施例では、前記電子制御装置５０は、
必要な電力を供給するための電源制御ユニット５１と、
前記ワイヤレスモジュール４３のアンテナ４４から発信した移動軌跡信号を受信するためのワイヤレス受信ユニット５２と、
保存ユニット５５に接続し、使用者が設定した運動、個人の運動コース、或いは他の情報を予め保存するための第二マイクロプロセッサ５３と、
前記第二マイクロプロセッサ５３に接続し、前記湾曲棒２４の移動軌跡情報と正確な移動軌跡情報とを比較して設定した運動軌跡（Ｌ）（即ち移動距離）に符合しているかどうかを表示する表示ユニット５４と、を更に備えている。
【００２３】
上記構成により、本考案では、モーションセンサ４０が運動時に生成する角速度信号により前記操作機構２０の運動中の移動高度（Ｈ）を検出することで、使用者の運動軌跡（Ｌ）を更に検出する。モーションセンサ４０は、体積が小さく、空間を占有せず、使用が便利で精度が向上するという効果を有する。
【００２４】
上記説明は、本考案を説明するためのものであって、実用新案登録請求の範囲に記載の考案を限定或いは実用新案登録請求の範囲を減縮縮するように解すべきではない。また、本考案の各部構成は上記実施例に限らず、実用新案登録請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２５】
１０      運動装置
１１      メインフレーム
２０      操作機構
２１      湾曲棒
２１１      第一端
２１２      第二端
２２      第一連結棒
２３      第二連結棒
２４      駆動ロッド
２４１      自由端
３０      抵抗機構
３１      ブレーキレバー
３２      油圧シリンダ
３２１      伸縮ロッド
４０      モーションセンサ
４１      多軸トラッキングセンサモジュール
４１１      ３軸加速度計
４１２      ３軸ジャイロセンサ
４１３      地磁気センサ
４２      第一マイクロプロセッサ
４３      ワイヤレスモジュール
４４      アンテナ
４５      電源供給ユニット
５０      電子制御装置
５１      電源制御ユニット
５２      ワイヤレス受信ユニット
５３      第二マイクロプロセッサ
５４      表示ユニット
５５      保存ユニット
（ａ）      加速度値
（ａＸ、ａＹ、ａＺ）      加速度信号
（Ａ）      第一枢着点
（Ｂ）      第二枢着点
（Ｃ）      第三枢着点
（Ｉ）      第一枢着端
（ＩＩ）      第二枢着端
（ＩＩＩ）      第三枢着端
Ｆ      使用者の作用力
（Ｈ）      移動高度
（Ｌ）      距離
Ｍ      （従来技術）筋力トレーニングマシン
Ｓ      （従来技術）ウェイト
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３      湾曲棒２１の位置
（ω）      角速度値
（ωＸ、ωＹ、ωＺ）      角速度信号
【図１】
0003227627.tif 000003
【図２】
0003227627.tif 000004
【図３Ａ】
0003227627.tif 000005
【図３Ｂ】
0003227627.tif 000006
【図３Ｃ】
0003227627.tif 000007
【図４】
0003227627.tif 000008
【図５】
0003227627.tif 000009